автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Исследование эффективности действия СОТС в парообразном состоянии при обработке металлов резанием

<•— о

с"

На правах рукописи

КАПУСТИН Андрей Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ СОТС В ПАРООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

Специальность 05.03.01 — процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1997

Работа выполнена в Ивановском государственном энергетическом университете.

Научный руководитель —

заслуженный изобретатель РСФСР, кандидат технических ■наук, профессор Подгорков В. В.

Официальные «пполенты:

доктор технических наук, профессор Годлевский В. А., кандидат технических 'наук, доцент Можин Н. А.

Ведущее предприятие —■ АО «Темп», г. Фурманов.

Защита состоится « . » л\ . . 1997 года

в час. на заседании диссертационного совета К 063.84.04 в Ивановском государственном университете.

Адрес: 153325, г. Иваново, ул. Ермака, 39, учебный корпус № 3, а уд. 459.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИвГУ.

Автореферат разослан « /Р. » . . 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, -■

ст. науч. сотрудник НАУМОВ А. Г.

Общая харастеристнка работы

Актуальность темы

В современном машиностроении объем механической обработки металлов резанием составляет значительную часть трудоемкости изготовления машин. Олнпм из способов повышения эффективности машиностроительного производства является разработка новых способов подачи в зону резания смазочно-охлаждаюших технологических средств (СОТС), без применения которых сегодня не обходится ни одна ответственная операция по обработке металлов резанием. С помощью СОТС 'удается значительно облегчить обработку металлов, снизить износ режущего инструмента, повысить качество обработанной поверхности и производительное гь обработай.

Многочисленными исследованиями установлено, что эффективность СОТС зависит как от состава, так и от способа ее подвода в зону резания. За счет рационального выбора СОТС и эффективных способов их применения может быть достигнуто существенное повышение стойкости режущего инструмента пли скорости резания при обеспечении заданных требований к качеству обработанной поверхности. В настоящее время особую актуальность приобретают связанные с применением СОТС проблемы: высок расход углеводородного сырья, сложность и высокая стоимость оборудования для регенерации и утилизации отработанных СОТС, загрязнение окружающей среды. Отсюда становится очевидной недостаточность научных разработок в совершенствовании техники применения СОТС.

Цели работы

Повышение эффективности обработки металлов резанием путем применения смазочно-охлажлающих технологических сред в парообразном состоянии.

Методы исследования

Исследование СОТС п парообразном состоянии производилось на операции точения на станке, оснащенном динамометром для измерения составляющих силы резания и прибором индикации для измерения размерного износа. На операции фрезерования размерный износ измерялся с помощью индикатора ИЧ с ценой деления 0,001 мм. Триболсгпчес.кие свойства парообразных СОТС исследовались на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме "колодка - диск". Для измерения поверхностного натяжения использовался сгалагмометрический метод.

Научная новизна

1. Выдвинута гипотеза, объясняющая повышенную эффективность парообразных смазочных сред по сравнению с жидкими средами за счет благоприятной кинетики проникновения смазочного материала в контактную зону.

2. На основе известной модели "микрокапельного взрыва" построено математическое описание процесса проникновения парообразной смазочной среды в зону резания.

3. С использованием вышеупомянутой модели получены расчетные данные, которые количественно подтверждают выдвинутую в пункте I гипотезу.

4. Предложен конструктивный принцип устройств для получения парообразных СОТС, позволяющий сохранить состав присадок при переводе СОТС из жидкого в парообразное состояние.

5. Экспериментально определены оптимальные параметры применения парообразных СОТС на операциях точения и фрезерования стали 45, коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т, серого чугуна.

Практическая ценность работы

1. Разработано и испытано устройство для получения парообразных СОТС, обеспечивающее сохранение в них присадок. Установка оснащена устройством автоматического регулирования расхода и давления пара.

2. Получен экспериментальный материал по эффективности СОТС в парообразном состоянии при точении и фрезеровании стали 45, коррозн-онно-стойкой стали 12X18Н ЮТ, серого чугуна.

3. Даны рекомендации по практическому применению СОТС в парообразном состоянии.

Реализация результатов работы

Ивановскому СКБ средств механизации передана техническая документация по производству и внедрению устройств для применения СОТС в парообразном состоянии.

Апробация рабогы

Основные положения диссертации доложены на межрегиональном научно-практическом семинаре "Роль студенческих объединений в развитии научно-технического прогресса в народном хозяйстве" (Иваново 1995 г.); на юбилейной научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов "Повышение качества и эффективности в машнно- и прибо-

ростроении" (Нижний Новгород, 1997 г.); на международной научно-технической конференции "VIII Бенардосовские чтения", (Иваново, 1997 г.); на международном научно-практическом симпозиуме "СЛ А ВЯ НТРИ БО-4" (Санкт-Петербург, 1997).

Публикации

Результаты выполненных исследований представлены в 7 публикациях.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения и 7 глав, содержит 174 страницы машинописного текста, 68 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 103 наименований.

Основное содерж." пне работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели работы, научная новизна, практические результаты работы и ее реализация.

В первой главе содержится обзор литературных данных по современным тенденциям в теоретическом описании действия СОТС : трибологиче-ским процессам п зоне резания, механизму проникновения и осуществления смазочного действия СОТС, охлаждающей, моющей способности. Дан обзор техники применения, в том числе методов активации СОТС.

Трибологическне процессы при резании обладают спецификой по сравнению с обычным зрением. Существует две модели для описания этих процессов: 1) двухтонная модель, в которой область трения разбивается на зоны пластического и упругого контакта; 2) трехзонная модель, учитывающая роль внешней среды при резании, в которой область трения разбивается на зону полного адгезионного контакта, зону смешанного трения (граничная смазка, осложненная адгезией) и зону гомогенного граничного трения.

Существует несколько моделей проникновения СОТС в зону резания: 1) модель Уильямса - Тенбора, описывающая кинетику капиллярного течения смазки в жидкой или паровой фазе; 2) модель Исаева, заключающаяся в проникновении СОТС вследствие вакуумного (насосного) действия, создаваемого периодическими срывами нароста; 3) по модели Пер-цова - Сер;иока проникновение смазочного материала в контактную зону происходит в форме поверхностной миграции (диффузии) поверхност-но-актнвных молекул по поверхности первоначально хемосорбированного слоя; 4) разработанная в ИвГУ модель паро-газового проникновения СОТС в зону резания, названная моделью "микрокапельно'го взрына".

Смазочное действие СОТС заключается в' образовании граничной пленки и снижении сил трения на площадках контакта стружки с передней и задней поверхностями инструмента. Охлаждающее действие заключается в отборе теплоты средой от нагретых поверхностей обрабатываемой детали и инструмента путем конвективного теплообмена, а также за счет снижения интенсивности тепловыделения.

Эффективность действия СОТС зависит не только от химического состава и свойств внешней среды, но и от способа се ввода в зону резания. Исследования Клушина М.И., Латышева В.Н., Подюркова В.В., Гордона М.Б., Тихонова В.М., Покровского Г.И. и др. привели к разработке эффективных методов подачи СОТС в зону резания. Так, было предложено охлаждение пеной, подача СОЖ высоконапорной струей под давлением, в распыленном виде I. с их электризацией. В последние годы разработаны новые методы подачи СОТС - это применение СОТС в замороженном виде, дозированная подача СОТС в виде микрокапсул, использование магнитных жидкостей.

Для повышения реакционной способности подаваемой в зону резания среды применяют различные методы активации: химическую - введение в составы СОТС химически активных присадок и физическую - энергетическое воздействие на СОТС (электрическая,'магнитная, электромагнитными излучениями, термическая, механическая активация).

Проведенный литературный анализ показал, что способ подачи СОТС в зону резания в парообразном состоянии практически не изучен и при обработке металлов резанием не применяется. Прототипом данного способа можно назвать способ подачи СОЖ в распыленном виде, в виде тумана. Отличие здесь заключается в аэро- и термодинамических характеристиках смазочной среды.

Во второй главе описан метод подачи СОТС в парообразном состоянии, рассмотрена газодинамика парообразной среды, исследуется механизм ее проникающего действия.

Принцип подачи СОТС в парообразном состоянии заключается в переводе смазочно-охлаждающих жидкостей на водной основе в парообразное состояние и подаче их в зону резания в виде струи пара. Струя пара представляет собой турбулентный поток двухфазной смеси: пара и взвешенных капелек жидкости, размер которых зависит от давления и температуры парообразной среды, а также удаления от сопла. Критический радиус капли, при котором начинается ее рост в перенасыщенном паре, определяется по формуле:

Гкр" АТ\Л-Т%1Р1 '

1оТ%!р\

(1)

где а - коэффициент поверхностного натяжения, Н/'м; Ъ - температура насыщения, К; р\ и рг - плотность жидкости и пара соответственно, кг/м'; АТ-степень переохлаждения, К; X - теплота фазового перехода, кДж/кг.

Процесс конденсации начинается уже о пароотводлщем канале вследствие естественной конвекции. Уравнение роста капли конденсата основываться на теории свободного молекулярного течения и выглядит следующим образом:

где (¡гМг - скорость изменения радиуса капли, м/с; гр - удельная теплоемкость, кДж/кг-К; Я - газовая постоянная, мг/(с2 - К); /'- температура переохлажденного пара, К.

При сравнении полученной скорости роста капель порядка 104 м/с со скоростью потока пара в канале со = 10...20 м/с получим, что на выходе из канала, в конце начального учаака струи, где наблюдается ядро постоянных скоростей, размер капель достигает 1...5 мкм.

При истечении турбулентной струи пара в неограниченный объем воздушного пространства происходит интенсивное перемешивание с газом-охладителем, вследствие чего процесс конденсации переходит в процесс испарения. Изменение размера капли подчиняется макроскопической теории и определяется из соотношения:

где Та - -температура окружающего воздуха, К; сск - коэффициент теплоотдачи, як = N11- Х'И\ N11 - число Нуссельта; V - коэффициент теплопроводности, Вт/м-К; ( - определяющий размер (диаметр капли), м.

Сравнивая полученную скорость изменения радиуса капли -1.5 + -5-10"3 м/с, (то есть скорость уменьшения размера капли) со скоростью потока пара в начале основного участка струи (а = 20-40 м/с) можно заключить, что капли радиусом порядка I мкм уже на расстоянии 15...20 мм от начала основного участка стр>п (30...35 мм от среза сопла) полностью испаряются, а капли радиусом 5 мкм на подходе к зоне резания (45...50 мм от

(2)

гкрР\*

(1г ^ ак (Тп - Г) (¡т р\Х

(3)

среза сопла) уменьшаются до размеров 0,1 мкм й практически полностью испаряются.

Приведенные выше рассуждения позволяют заключить, что при проникновении парообразных сред в зону резания через сеть межповерхностных капилляров, расположенных на границе раздела "стружка-инструмент", исключается ступень жидкофазного проникновения, которая присутствует при проникновении жидких СОТС. Таким образом, в отличие от двухэтапного заполнения капилляра у жидких СОТС (рис. 1 а), проникновение парообразной СОТС осуществляется за одну стадию - стадию парового заполнения капилляра (рис. 16).

Взрывное испарение _ ^ -

и V-! «м 1 "гоЗ л 1- -1 - - л

+*-сотс

Паровое ютолненив

Пар ов о в з аполнвннв

1 ;

н-К 2 "г

б

г:: пар;.

- сотс

Рис. 1. Модель капиллярного проникновения СОТС: а) проникновение жидких СОТС; б) проникновение парообразных СОТС; 1 - стружка, 2 - инструмент: ¿к , гк - длина и радиус капилляра; шго, юг - скорости движения газовой фазы в начале и в процессе заполнения капилляра

Для реализации смазочного действия СОТС в условиях резания необходимо, чтобы время протекания стадий процесса не превосходило времени существования капилляра, которое лимитируется скоростью схода стружки и:

Ы (АЛ

гк= —. (4)

При длине капилляра (к « 1 мм и скорости схода стружки м» 1 м/с получим гк » 10'3 с. В этой вязи была поставлена задача определения средней скорости и характерного времени протекания стадии парового заполнения капилляра. Необходимо было установить, как их значения соотносятся с соответствующими величинами при жидкс фазном проникновении СОТС. Для стадии парового заполнения капилляра расчетная формула средней скорости заполнения капилляра получена на основании уравнения Эйлера

1

2

для движения идеального сжимаемого газа и уравнений газо- и термодинамики:

0)г =

2¿р/ре К - «к 2ягк ' к (Тк^Л2 (5)

Стр^к 1

I 2гк £ к

где ^ - перепад давления на концах капилляра, Па; £тр - коэффициент сопротивления трения Стр = 64/Яе; ак - коэффициент теплоотдачи от стенок капилляра к газу; Гк , 7г - температура стенок капилляра и газа (пара) соответственно, К.

Характерное время заполнения капилляра выражается через среднюю скорость заполнения:

гг = —• (6)

£УГ

Оценки параметров парового заполнения капилляра представлены в таблицах 1 и 2 в сравнении с соответствующими параметрами жидкофазно-го проникновения, рассчитанными по модели "микрокапельного взрыва". При сравнении полученных результатов (табл. 1) видно, что время заполнения капилляра при проникновении СОТС в парообразном состоянии на порядок меньше суммарного времени заполнения при жидкофазном проникновении СОТС и составляет 3-10-6 с. Эта величина значительно меньше времени существования капилляра (тк= Ю-3 с), обеспечивая, таким образом, значительный резерв времени для формирования смазочных пленок на стенках капилляра. Для капилляров с Гк = 0,1'мкм суммарное время заполнения при жидкофазном проникновении практически совпадает со временем существования капилляра на высоких скоростях резания (4...5 м/с) (табл. 2), при этом в нем устанавливается равновесное давление меньше атмосферного, то есть капилляр заполняется не полностью. При проникновении парообразных СОТС и на высоких скоростях резания сохраняется резерв времени для формирования слоя граничной смазки. Таким образом, можно предположить, что СОТС в парообразном состоянии, за счет благоприятной кинетики проникновения будут эффективнее действовать, чем жидкие СОТС с ужесточением режимов трения контактируемых поверхностей в процессе трения и резания.

В третьей главе описаны конструкции устройств для получения СОТС в парообразном состоянии, представлена предложенная автором конструкция парогенератора, исследованы ее работа и свойства факела парообразной СОТС.

Параметры процесса заполнения капилляра ({к = 1 мм, гк = 1 мкм, и = I м/с)

Наименование параметра Вода (жидкость) Вода (пар)

Скорость проникновения жидкой фазы (пара) в капилляр со, м/с 10 300

Время существования жидкой фазы в капилляре и,с 4-10-6 —

Время заполнения капилляра газовой фазой тг, с 2-10-5 3-10-6

Время установления равновесного давления в капилляре тРави, с ю-* ю-«

Величина равновесного давления Ррдвн, Па 4-106 2-105

Суммарное время заполнения капилляра ТМп = Тж + 1г , С 2-105 З-Ю-б

Время существования капилляра тк, с Ю-з

Таблица 2

Параметры процесса заполнения капилляра (¿к = 1 мм, гк = 0,1 мкм, и = 4...5 м/с)

Наименование параметра Вода (жидкость) Вода (пар)

Скорость проникновения жидкой фазы (пара) в капилляр и, м/с 10 100

Время существования жидкой фазы в капилляре тж,с 4-Ю-8 —

Время заполнения капилляра газовой фазой Тг, с ЬЮ"1 МО-5

Время установления равновесного давления в капилляре тРл>», с ю-6 ю-«

Величина равновесного давления Рраэн, Па 4-10"» 2-105

Суммарное время заполнения капилляра Тип = Т* + Тг , С 1-ИН МО-5

Время существования капилляра тк, с 2-104

Критический анализ конструкций парообразующих устройств (парогенераторов) выявил два основных недостатка: • длительное ожидание нагревания СОЖ до температуры кипения и непостоянство интенсивности парообразования, вызывающее колебания давления парообразной СОТС на выходе парогенератора; в нарушение в парообразной СОТС процентного соотношения компонентов, входящих в состав жидкой СОТС. Последнее происходит из-за разницы температуры кипения основы (растворителя) и присадок. С целью устранения этих недостатков разработана конструкция, и которой подпитка парогенератора осуществляется капельным способом. Капли жидкости через игольчатый дроссель попадают на разогретую поверхность парогенератора, где мгновенно вскипают вместе с компонентами, входящими в ее состав. С целью автоматизации в устройстве предусмотрено микропроцессорное управление, которое осуществляется по датчику давления парообразной СОТС, установленному на выходе парогенератора, датчику температуры ТЭНа ч датчику нижнего уровня СОЖ в питателе. На данное устройство подана заявка на патент РФ (приоритет- от 2 июля 1997 г.).

Исследование эффективности действия парообразных СОТС осуществлялось предложенным устройством, но с ручным управлением. Исследование качественного состава получаемой парообразной СОТС производилось путем измерения сталагмометрическим негодом поверхностного натяжения раствора СОТС до выпаривания и после его конденсации. Полученные результаты, сведенные в таблицу 3, показывают, что предлагаемая конструкция парогенератора обеспечивает практически полный перевод в парообразное состояние всех компонентов, входящих в состав жидкой СОТС.

Исследование свойств факела парообразной СОТС показало, что на расстоянии 50 мм от сопла (на такое оно обычно удалено от зоны резания) температура факела парообразной СОТС составляет 70...80 °С, а скорость от 5 до 20 м/с в зависимости от давления парообразной СОТС, которое изменялось от 0,14 до 0,8 кПа. С удалением от сопла температура и скорость резко уменьшается. За счет капельной подачи жидкости в парогенератор на его выходе наблюдается пульсация давления и, как следствие - скорости струн пара. Эти колебания снижаются с увеличением расхода СОТС, а также с удалением от сопла за счет подмешивания окружающего воздуха.

Поверхностное натяжение растворов СОТС и концентрация Г1АВ

смазочный материал Поверхностное натяжение о, мН/м, концентрация Г1АВ, %

исходной СОТС парообразной СОТС, полученной устройством - аналогом парообразной СОТС, полученной предлагаемым устройством

с % ст % а %

вода дистиллированная 72,75 0 72,75 0 72,75 0

10%-ная водная эмульсия Эмуль-сола Т 38,7 10 61,6 2,5 41,2 8,7

10% - ный раствор ПАВ -ДНСА 35,3 10 63,1 2 36,6 9,5

5%-ный раствор спирта изопропилового 56 5 68,9 1 57,2 4,7

В четвертой главе описаны эксперименты по исследованию смазочной способности СОТС в парообразном состоянии при трении и при резании металлов. Исследования на трение проводились на машине трения по схеме колодка - диск. Испытывались пары трения: Р18 - сталь55 и ТТ7К12 -сталь 55. При трении Р18 по стали 55 СОТС в жидком состоянии обеспечивали снижение момента трения эффективнее, чем СОТС в парообразном

состоянии за счет лучшей охлаждающей способности (рис. 2). При трении пары ТТ7К12 - сталь 55 на скоростях до 1,5-2 м/с получен практически аналогичный результат. С дальнейшим увеличением скорости скольжения (выше 2 м/с) при применении СОТС в парообразном состоянии момент трения снижается на 20 %, а при применении СОТС в жидком состоянии наоборот, уве-

ТТ7К12 - СТАЛЬ 55, Р=1000Н

L — — 1

1.

4i

V, м/с

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Рис. 2. Зависимость момента трения от скорости скольжения: 1 - на воздухе, 2 - вода (полив), 3 - вода (пар), 4 - Ивкат (полив), 5 -Ивкат (пар), 6 - 5%-ный раствор спирта изопропилового (пар)

лнчивается и становится выше, чем при трении на воздухе. При этом снижается и износ твердосплавного образца. С увеличением расхода парообразной СОТС момент трения незначительно снижается, но более заметно это снижение при увеличении давления.

Такой же эффект наблюдается и при резании твердосплавным инструментом стали 45 и нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Измерения составляющих силы резания показали, что на низких скоростях при поливе СОТС Рг и Рх снижаются на 15-20% по сравнению с резанием на воздухе, а с увеличением скорости резания действие жидких СОТС ослабевает и Рг и Рх остаются такими же, как и при резании в воздушной среде. В свою очередь СОТС в парообразном состоянии и на высоких скоростях резания сохраняет свою эффективность, при этом она возрастает с увеличением давления парообразной СОТС.

I .сследование зоны наростообразования показало, что при подаче СОТС поливом зона интенсивного наростообразования сдвигается в область более высоких скоростей, чем при резании на воздухе за счет снижения температуры. При подаче СОТС в парообразном состоянии зона наростообразования остается на тех же скоростях, что и при резании на воздухе, но высота нароста становится меньше. Можно предположить, что причиной тому является незначительное снижение температуры в зоне резания и улучшение смазочного действия парообразной СОТС.

Таким образом, гипотеза, выдвинутая во второй главе, подтвердилась на практике - СОТС в парообразном состоянии сохраняет свою эффективность с ужесточением режимов контактного трения, в то время как действие СОТС подаваемой поливом практически никак не обнаруживается.

В пятой глазе приведены результаты исследования охлаждающего действия СОТС в парообразном состоянии.

Изучение охлаждающих свойств парообразных СОТС производилось при охлаждении предварительно нагретого образца и при резании. Исследования при охлаждении предварительно нагретого образца показали, что конвективная составляющая охлаждающей способности СОТС в парообразном состоянии ниже, чем СОТС в жидком состоянии. При увеличении скорости записи данных электронным самописцем было обнаружено, что при охлаждении поливом на кривой темпа охлаждения наблюдаются участки, где температура образца остается практически постоянной. Это свидетельствует о том, что образуется паровая оболочка, которая обволакивает зону охлаждения, затрудняя попадание туда новой порции жидкости. При охлаждении паром такого явления не наблюдается, и температура образца снижается равномерно. В процессе резания при точении стали 45, 12Х18Н10Т, серого чугуна при применение СОТС в парообразном состоянии термо-э.д.с. снижалась по сравнению с резанием всухую, но наибольшее ее снижение оказывало применение СОТС поливом. При увелнче-

нии расхода парообразной СОТС термо-э.д.с. остается практически неизменной, а с увеличением давления снижается незначительно: на 5... 10 %.

В шестой главе приведены результаты экспериментов по исследованию влияния метода подачи СОТС в зону резания на износ и стопкость режущего инструмента. Исследование проводилось при точении и фрезеровании углеродистой и коррозионно-стойкой стали и серого чугуна инструментом из твердого сплава марок Т15К6 и ВК8. При точении стали 45 на скорости резания 230 м/мин и стали 12Х18Н10Т на скорости 50 м/мнн при применении СОТС поливом стойкость режущего инструмента Т15К6 повысилась в 1,5 раза по сравнению с резанием на воздухе. Здесь повышение стойкости

происходит из-за хорошей охлаждающей способности (конвективной составляющей), что ведет к снижению температуры и ослаблению адгезионных процессов контактируемых поверхностей. При точении с применением СОТС в парообразном состоянии стойкость режущего инструмента повысилась в 2 - 2,5 раза по сравнению с резанием всухую.

Из зависимости Т - V при точении стали 45 хорошо видно (рис. 3), что эффективность СОТС, подаваемых поливом, с увеличением скорости падает более резко, чем парообразных СОТС. На низких скоростях СОТС поливом действует эффективнее, а на высоких - парообразные СОТС. Подобные результаты зависимости Т- V получены и при точении коррэзион-

Особый интерес представляют результаты, полученные на операции торцевого фрезерования. При фрезеровании стали 45 на скорости резания V = 260 м/мин режущим инструментом с пластинками твердого сплава Т15К6 при отношении диаметра фрезы к ширине фрезерования d/B = 3 применение СОТС в парообразном состоянии позволило повысить стойкость режущего инструмента в 4 раза по сравнению с резанием на воздухе и в 2 раза по сравнению с подачей СОТС поливом (рис. 4а). Такая эффективность СОТС в парообразном состоянии может быть объяснена помимо-лучшей проникающей способности еще и тем, что происходит стабилизация темпе-

т. мин Т15К6-сталь45

1о0 '

0 50 100 150 200 250

Рнс.З. Зависимость T-V при точении: t=l мм, S=0,15 мм/об, 1- на воздухе, 2 - эмульсол Т (полив), 3 - вода (пар), 4 - 5%- ный раствор спирта изопропилового (пар)

но-стойкой стали 12Х18Н10Т.

ратурного режима обработки. При применении СОТС поливом происходит резкое изменение температуры режущей пластинки: при ее выходе из зоны резания она резко охлаждается. Циклический перепад температур приводит к образованию на поверхности инструмента сетки микротрещин и в дальнейшем х выкрашиванию отдельных карбидных зерен твердого сплава и их блоков.

При увеличении ширины фрезерования в 2,5 раза ((1/8=1,25) на той же скорости применение жидких СОТС оказывает отрицательное действие -износ инструмента увеличивается по сравнению с резанием, на воздухе (рис. 46). С увеличением ширины фрезерования увеличивается температура в зоне резания - режущая пластинка сильнее нагревается, а при выходе из

Рис.4. Зависимость износа инструмента от времени при фрезеровании: а) с1/В=3, б) <1/В=1,25' Х=2 мм, 3=0,1 мм/зуо, У=260 м/мин; 1- на воздухе, 2 - эмульсол Т (полив), 3- вода.(пар), 4 - 5%- ныи раствор спирта изопропн-лового (пар)

зоны резания струей жидкости охлавдается более резко. Вероятно, с увеличением температуры в зоне резания, вследствие образования более устойчивой паровой оболочки ухудшается проникновение внешней среды и кислорода воздуха, активно участвующего в образовании смазочных пленок. Все это, а также усиление адгезионных процессов вследствие кислородного голодания и недостатка смазки, приводит к катастрофическому износу режущего инструмента, выражающемуся в выкрашивании и сколах инструментального материала. При подаче СОТС в парообразном состоянии за счет стабилизации температурного режима обработки и более эффективной доставки смазочного материала в зону резания износ режущего инструмен-. та снижается и стойкость повышается более чем в 2 раза. При подаче СОТС поливом увеличение скорости резания также приводит к снижению стойкости режущего инструмента по сравнению с резанием на воздухе. При

применении СОТС в парообразном состоянии на высоких скоростях резания стойкость повышается в 1,5-2 раза.

Такие же результаты получены при фрезеровании коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т. При фрезеровании серого чугуна инструментом с пластинками твердого сачава ВК8, который менее склонен к трещинообразова-нию, стойкость режущего инструмента повысилась в 3 раза, как при подаче СОТС поливом, так и в парообразном состоянии.

Общие выводы

1. Метод подачи СОТС в парообразном состоянии мало исследован и рекомендации по его применению отсутствуют.

2. Эффективность парообразных сред объясняется их повышенной проникающей способностью, поскольку исключается стадия жидкофазного проникновения и испарения. При этом характерное время проникновения на порядок меньше времени проникновения жидких СОТС.

3. Температура факела парообразной СОТС при попадании ее в зону резания изменяется в пределах 70...80 °С, а скорость струи - от 5 до 20 м/с в зависимости от давления парообразной СОТС.

4. СОТС в парообразном состоянии обладают более высокими смазочными свойствами, чем жидкие СОТС за счет повышенной проникающей способности.

5. Смазочные свойства СОТС в парообразном состоянии усиливаются при увеличении давления струи пара.

6. СОТС в парообразном состоянии сохраняют свою эффективность с ужесточением режимов трения контактируемых поверхностей при трении и резании.

7. Охлаждающие свойства парообразных СОТС невысокие, но они обеспечивают более равномерное охлаждение, чем жидкие СОТС, что благоприятно сказывается на процессе резания твердосплавным инструментом.

8. Применение СОТС в парообразном состоянии позволяет повысить стойкость твердосплавного инструмента в 2 - 2,5 раза при точении и в 2 - 4 раза при фрезеровании стали 45, коррозионно-стойкой сгал12Х18Н10Т, серого чугуна.

Список публикаций

1.Подгорков В.В., Петров В.В., Капустин A.C. Подача смазочно-охлаждающнх жидкостей в зону резания в парообразном состоянии // Роль студенческих объединений в развитии научно-технического прогресса в народном хозяйстве. Тез. докл. межрег. науч.-практич. семинара. Иваново, 1995. С. 41.

2. Подгорков В.В., Капустин A.C. Применение парообразных технологических сред в металлообработке // Повышение качества и эффективности в

машино- и приборостроении. Тез. докл. юбилейной науч.-тех. конф. с участием заруб, специалистов. Нижний Новгород. 1997. С. 95.

3. Подгорков В.В., Капустин A.C. Применение парообразных технологических сред в металлообработке // VIII Бенардосовские чтения. Тез. докл. междун. науч.-техн. конф. Иваново. 1997. С. 306.

4. Капустин A.C. Применение смазочно-охлаждающих технологических сред в парообразном состоянии // СЛАВЯНТРИБО-4. Тез. докл. междун. науч.-техн. симпозиума.Санкт-Петербург. 1997. С. 35.

5. Капустин A.C. Влияние СОТС в парообразном состоянии на процесс обработки резанием. Деп. в ВИНИТИ 17.02.97 г. № 511-В97.

6. Капустин A.C. Действие СОТС в парообразном состоянии при трении и резании металлов. Деп. в ВИНИТИ 13.06.97 г. Ш959-В97.

7. Капустин A.C. Оценка параметров капиллярного проникновения парообразных СОТС при резании металлов // Проблемы трибологии производства. Тез. докл. науч.-практич. конф. Иваново, 1997.

Подписано к печати I5.I0.97p. ФорИат издания 60x84 1/16. . Печ.л.1,0. Усл.п.л.О,93. Заказ 2182/р. Тираж ИЮэкз.

Типография ГУ КПК,г.Иваново,ул.Ермака,41.

»